CN106291484B - 基于副峰识别的外辐射源雷达虚假目标抑制方法及装置 - Google Patents

基于副峰识别的外辐射源雷达虚假目标抑制方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及调频广播外辐射源雷达领域，尤其涉及一种基于副峰识别的外辐射源雷达虚假目标抑制方法及装置。所述方法通过计算参考信号与杂波抑制后的监测信号的互模糊函数及恒虚警检测获取疑似目标信息；然后根据副峰性质分别检测并剔除同一距离元和同一多普勒元上副峰引起的虚假目标，获得真实目标信息。本发明能在不计算参考信号自模糊函数的情况下，根据副峰性质简单有效地检测并剔除副峰引起的虚假目标，降低系统计算量，提高检测性能。

Description

基于副峰识别的外辐射源雷达虚假目标抑制方法及装置
技术领域
本发明涉及调频广播外辐射源雷达领域，尤其涉及一种基于副峰识别的外辐射源雷达虚假目标抑制方法及装置。
背景技术
外辐射源雷达(又称无源雷达)是一种利用第三方发射的电磁信号探测目标的双/多基地雷达系统，该体制雷达本身并不发射能量，而是被动地接收目标反射的非协同式辐射源的电磁信号，对目标进行定位和跟踪。常用的商业照射源有模拟广播(FM)、数字广播(数字调幅广播DRM、数字音频广播DAB、数字电视广播DVB-T、中国移动多媒体广播CMMB和数字电视地面广播DTMB)、无线网络WIFI、GPS导航卫星等。其中，调频广播外辐射源雷达因绿色环保、覆盖范围大和反隐身能力强等优点受到国内外研究机构的广泛关注，近年来发展迅猛，典型的商业系统有美国的“沉默的哨兵”和法国的HA100。
模糊函数是分析波形是否适合雷达探测的工具。FM广播信号直接由调制信号调制而成，时变性强，其模糊函数一直未被深入研究。已公开的相关文献均只着重指出FM信号模糊函数呈类图钉型，而对副峰关注较少。然而实际上，FM信号模糊函数在观测范围内会经常出现副峰。当副峰强度过高时，强目标的副峰会形成虚假目标，严重影响探测性能。因此，抑制副峰引起的虚假目标是调频广播外辐射源雷达信号处理中极其重要的一环。
传统副峰识别的方法需要计算信号的自模糊函数，再根据副峰的相对位置和相对强度信息一一比对待检测目标来确定虚假目标。传统方法虽然能准确识别副峰引起的虚假目标，但是计算量巨大，不适合系统实时化工作。经分析，FM信号模糊函数中副峰分别在距离维和多普勒维上具有对称性，这为解决上述问题提供了一条新思路。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种基于副峰识别的外辐射源雷达虚假目标抑制方法及装置。
为达到上述目的，本发明的技术方案是：
一种基于副峰识别的外辐射源雷达虚假目标抑制方法，具体实施步骤如下：
步骤1，阵列波束指向初始方向，初始化疑似目标点集X和副峰点集S；
步骤2，计算参考信号与杂波抑制后的监测信号的互模糊函数获得该方向上的距离多普勒谱，应用恒虚警检测器获得目标点集Y，更新疑似目标点集X＝{Xi|Xi∈X∪Y,i＝1,2,…}；
步骤3，检测并剔除步骤2中疑似目标点集X中同一距离元上副峰引起的虚假目标；
步骤4，检测并剔除步骤2中疑似目标点集X中同一多普勒元上副峰引起的虚假目标；
步骤5，通过数字波束形成算法改变阵列指向，重复步骤2-4，直至扫描完所有监测方向，更新疑似目标点集X中剩余元素即为该时刻所有监测方向上的目标信息。
所述的步骤3，检测并剔除步骤2中疑似目标点集X中同一距离元上副峰引起的虚假目标的方法包含以下步骤：
步骤1，将疑似目标点集X中的元素按距离排列；
步骤2，依次将存在多个(2个及以上)目标的距离元设为rj(j为循环次数)；如果rj为空集，则跳至步骤6；
步骤3，更新待检测目标点集Xs＝{Xi|(Xi)r＝rj,Xi∈X}和测试点集合其中，(Xi)r和分别代表疑似目标Xi的距离和多普勒；
步骤4，检测中的所有元素，如果在处存在多普勒峰值，则添加对应的Xm和Xn至副峰点集S；
步骤5，更新副峰点集S去除重复元素，重复步骤2-5；
步骤6，返回疑似目标点集X和副峰点集S。
多普勒峰值采用如下方法判断：提取距离多普勒谱上距离元rj的多普勒切面，采用一维CA-CFAR检测，若待检测点fdmn幅度超过检测门限，则fdmn点处为峰值，否则不是峰值。
所述的步骤4，检测并剔除步骤2中疑似目标点集X中同一多普勒元上副峰引起的虚假目标的方法包含以下步骤：
步骤1，将疑似目标点集X中的元素按多普勒排列；
步骤2，依次将存在多个(2个及以上)目标的多普勒元设为fdj(j为循环次数)；如果fdj为空集，则跳至步骤6；
步骤3，更新待检测目标点集和测试点集合其中，τ为距离门限，其中，(Xi)r和分别代表疑似目标Xi的距离和多普勒；
步骤4，检测Tr中的所有元素，如果在rmn∈Tr处存在距离零陷，则添加对应的Xm和Xn至副峰点集S；
步骤5，更新副峰点集S去除重复元素，重复步骤2-5；
步骤6，返回疑似目标点集X和副峰点集S。
距离零陷采用如下方式判断：提取距离多普勒谱上多普勒元fdj的距离切面，采用一维CA-CFAR检测，若待检测点rmn幅度小于门限值，则待检测点为谷值，存在距离零陷，否则待检测点不是谷值，不存在距离零陷。
一种基于副峰识别的外辐射源雷达虚假目标抑制装置，包括：
初始化单元，用于将阵列波束指向初始方向，初始化疑似目标点集X和副峰点集S；
距离多普勒谱获取单元，用于计算参考信号与杂波抑制后的监测信号的互模糊函数获得该方向上的距离多普勒谱，应用恒虚警检测器获得目标点集Y，更新疑似目标点集X＝{Xi|Xi∈X∪Y,i＝1,2,…}；
第一处理单元，用于检测并剔除距离多普勒谱获取单元中疑似目标点集X中同一距离元上副峰引起的虚假目标；
第二处理单元，用于检测并剔除距离多普勒谱获取单元中疑似目标点集X中同一多普勒元上副峰引起的虚假目标；
目标信息获取单元，用于通过数字波束形成算法改变阵列指向，返回并执行距离多普勒谱获取单元，直至扫描完所有监测方向，更新疑似目标点集X中剩余元素即为该时刻所有监测方向上的目标信息。
其中，所述第一处理单元，具体用于步骤1，将疑似目标点集X中的元素按距离排列；
步骤2，依次将存在多个(2个及以上)目标的距离元设为rj(j为循环次数)；如果rj为空集，则跳至步骤6；
步骤3，更新待检测目标点集Xs＝{Xi|(Xi)r＝rj,Xi∈X}和测试点集合其中，(Xi)r和分别代表疑似目标Xi的距离和多普勒；
步骤4，检测中的所有元素，如果在处存在多普勒峰值，则添加对应的Xm和Xn至副峰点集S；
步骤5，更新副峰点集S去除重复元素，重复步骤2-5；
步骤6，返回疑似目标点集X和副峰点集S。
其中，多普勒峰值采用如下方法判断：提取距离多普勒谱上距离元rj的多普勒切面，采用一维CA-CFAR检测，若待检测点fdmn幅度超过检测门限，则fdmn点处为峰值，否则不是峰值。
其中，所述第二处理单元，具体用于步骤1，将疑似目标点集X中的元素按多普勒排列；
步骤2，依次将存在多个(2个及以上)目标的多普勒元设为fdj(j为循环次数)；如果fdj为空集，则跳至步骤6；
步骤3，更新待检测目标点集和测试点集合其中，τ为距离门限，(Xi)r和分别代表疑似目标Xi的距离和多普勒；
步骤4，检测Tr中的所有元素，如果在rmn∈Tr处存在距离零陷，则添加对应的Xm和Xn至副峰点集S；
步骤5，更新副峰点集S去除重复元素，重复步骤2-5；
步骤6，返回疑似目标点集X和副峰点集S。
其中，距离零陷采用如下方式判断：提取距离多普勒谱上多普勒元fdj的距离切面，采用一维CA-CFAR检测，若待检测点rmn幅度小于门限值，则待检测点为谷值，存在距离零陷，否则待检测点不是谷值，不存在距离零陷。
本发明的优势在于：本发明提出的方法能在不计算参考信号自模糊函数的情况下，仅仅根据副峰的对称性，简单准确的筛选出恒虚警检测结果中的虚假目标，大大降低了计算量；剔除了副峰引起的虚假目标，提高了系统探测性能。
附图说明
图1是本发明提供的基于副峰识别的外辐射源雷达虚假目标抑制方法流程图。
图2是本发明检测并剔除同一距离元上副峰引起的虚假目标方法流程图。
图3是本发明检测并剔除同一多普勒元上副峰引起的虚假目标方法流程图。
图4是本发明实施例中FM信号的模糊函数。
图5是本发明实施例中杂波抑制后的距离多普勒谱。
图6是本发明实施例中副峰识别前后探测目标的点迹图。
图7是本发明提供的基于副峰识别的外辐射源雷达虚假目标抑制装置示意图。
具体实施方式
下面通过实施例并结合附图对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例1
本实施例中，接收天线由1根八木天线和一个12元圆阵组成。八木天线作为参考天线，指向FM广播发射台。12元圆阵作为监测天线，通过数字波束形成算法对空间扫描，监测目标区域。八木天线接收的参考信号与圆阵接收的监测信号先经过数字下变频、杂波抑制预处理。当阵列波束指向某一方向时，计算互模糊函数获取该方向上的距离多普勒谱。
如图1所示。本发明所述的一种基于副峰识别的外辐射源雷达虚假目标抑制方法，主要由以下步骤组成：
步骤1，阵列波束指向初始方向，本实施例中指向0°，初始化疑似目标点集X和副峰点集S；
步骤2，计算参考信号与杂波抑制后的监测信号的互模糊函数获得该方向上的距离多普勒谱，应用恒虚警检测器获得目标点集Y，更新疑似目标点集X＝{Xi|Xi∈X∪Y,i＝1,2,…}，本实施例中恒虚警检测采用OS-CFAR方法，虚警率设为；
步骤3，检测并剔除步骤2中疑似目标点集X中同一距离元上副峰引起的虚假目标；
步骤4，检测并剔除步骤2中疑似目标点集X中同一多普勒元上副峰引起的虚假目标；
步骤5，通过数字波束形成算法改变阵列指向，重复步骤2-4，直至扫描完所有监测方向，更新疑似目标点集X中剩余元素即为该时刻所有监测方向上的目标信息；本实施例中波束方向范围为0-350°，扫描间隔10°。
本方法主要是针对调频广播的信号特点提出的，本发明提出的方法能在不计算参考信号自模糊函数的情况下，仅仅根据副峰的对称性，简单准确的筛选出恒虚警检测结果中的虚假目标，大大降低了计算量；剔除了副峰引起的虚假目标，提高了系统探测性能。
图2是检测并剔除同一距离元上副峰引起的虚假目标方法流程图。所述的步骤3，检测并剔除步骤2中疑似目标点集X中同一距离元上副峰引起的虚假目标的方法，主要由以下步骤组成：
步骤1，将疑似目标点集X中的元素按距离排列；本实施例中采用从小到大的排列方式；
步骤2，依次将存在多个(2个及以上)目标的距离元设为rj(j为循环次数)；如果rj为空集，则跳至步骤6；本实施例中，相差一个采样点的被认为是由于采样精度造成的同一值；
步骤3，更新待检测目标点集Xs＝{Xi|(Xi)r＝rj,Xi∈X}和测试点集合其中，(Xi)r和分别代表疑似目标Xi的距离和多普勒；
步骤4，检测中的所有元素，如果在处存在多普勒峰值，则添加对应的Xm和Xn至副峰点集S；
本实施例中多普勒峰值采用如下方法判断：提取距离多普勒谱上距离元rj的多普勒切面，采用一维CA-CFAR检测，本实施例中虚警率设为，若待检测点fdmn幅度超过检测门限，则fdmn点处为峰值，否则不是峰值。
步骤5，更新副峰点集S去除重复元素，重复步骤2-5；
步骤6，返回疑似目标点集X和副峰点集S。
图3是检测并剔除同一多普勒元上副峰引起的虚假目标方法流程图。所述的步骤4，检测并剔除步骤2中疑似目标点集X中同一多普勒元上副峰引起的虚假目标的方法，主要由以下步骤组成：
步骤1，将疑似目标点集X中的元素按多普勒排列；本实施例中采用从小到大的排列方式；
步骤2，依次将存在多个(2个及以上)目标的多普勒元设为fdj(j为循环次数)；如果fdj为空集，则跳至步骤6；本实施例中，相差一个采样点的被认为是由于采样精度造成的同一值；
步骤3，更新待检测目标点集和测试点集合其中，τ为距离门限，其中，(Xi)r和分别代表疑似目标Xi的距离和多普勒；本实施例中，门限值设为20个距离元；
步骤4，检测Tr中的所有元素，如果在rmn∈Tr处存在距离零陷，则添加对应的Xm和Xn至副峰点集S；
本实施例中，距离零陷采用如下方式判断：提取距离多普勒谱上多普勒元fdj的距离切面，采用一维CA-CFAR检测，本实施例中虚警率设为，若待检测点rmn幅度小于门限值，则待检测点为谷值，存在距离零陷，否则待检测点不是谷值，不存在距离零陷。
步骤5，更新副峰点集S去除重复元素，重复步骤2-5；
步骤6，返回疑似目标点集X和副峰点集S。
本发明实施例的效果可通过空中目标探测的外场实验进一步说明。
图4是某段时长一秒信号的模糊函数图。可见该段信号模糊函数中存在明显的强副峰。会导致强目标形成虚假目标。
图5是阵列指向230°时该段信号的距离多普勒谱。图中2个强目标主峰，分别形成了4个强副峰，经过恒虚警检测后，会相应形成虚假目标。
表1副峰识别前后检测结果对比
图6是该段信号在副峰识别前后目标探测的结果图。原始检测目标中含有大量由副峰引起的对称性虚假目标，经过副峰识别后，这些虚假目标得到了有效去除。表1给出了副峰识别前后检测目标个数对比。原始检测目标中虚假目标数目约占1/3。利用本文提出的方法，去除了大量虚假目标，检测性能大大提高。
实施例2
本实施例是装置实施例，与实施例1属于统一技术构思，在装置实施例2中未详尽描述的内容，请参见方法实施例1.
如图7所示，本发明所述的一种基于副峰识别的外辐射源雷达虚假目标抑制装置，包括：
初始化单元，用于将阵列波束指向初始方向，初始化疑似目标点集X和副峰点集S；
距离多普勒谱获取单元，用于计算参考信号与杂波抑制后的监测信号的互模糊函数获得该方向上的距离多普勒谱，应用恒虚警检测器获得目标点集Y，更新疑似目标点集X＝{Xi|Xi∈X∪Y,i＝1,2,…}；
第一处理单元，用于检测并剔除距离多普勒谱获取单元中疑似目标点集X中同一距离元上副峰引起的虚假目标；
第二处理单元，用于检测并剔除距离多普勒谱获取单元中疑似目标点集X中同一多普勒元上副峰引起的虚假目标；
目标信息获取单元，用于通过数字波束形成算法改变阵列指向，返回并执行距离多普勒谱获取单元，直至扫描完所有监测方向，更新疑似目标点集X中剩余元素即为该时刻所有监测方向上的目标信息。其中，所述第一处理单元，具体用于步骤1，将疑似目标点集X中的元素按距离排列；
步骤2，依次将存在多个(2个及以上)目标的距离元设为rj(j为循环次数)；如果rj为空集，则跳至步骤6；
步骤3，更新待检测目标点集Xs＝{Xi|(Xi)r＝rj,Xi∈X}和测试点集合其中，(Xi)r和分别代表疑似目标Xi的距离和多普勒；
步骤4，检测中的所有元素，如果在处存在多普勒峰值，则添加对应的Xm和Xn至副峰点集S；
多普勒峰值采用如下方法判断：提取距离多普勒谱上距离元rj的多普勒切面，采用一维CA-CFAR检测，本实施例中虚警率设为，若待检测点fdmn幅度超过检测门限，则fdmn点处为峰值，否则不是峰值。
步骤5，更新副峰点集S去除重复元素，重复步骤2-5；
步骤6，返回疑似目标点集X和副峰点集S。
其中，所述第二处理单元，具体用于步骤1，将疑似目标点集X中的元素按多普勒排列；
步骤2，依次将存在多个(2个及以上)目标的多普勒元设为fdj(j为循环次数)；如果fdj为空集，则跳至步骤6；
步骤3，更新待检测目标点集和测试点集合其中，τ为距离门限，(Xi)r和分别代表疑似目标Xi的距离和多普勒；
步骤4，检测Tr中的所有元素，如果在rmn∈Tr处存在距离零陷，则添加对应的Xm和Xn至副峰点集S；
距离零陷采用如下方式判断：提取距离多普勒谱上多普勒元fdj的距离切面，采用一维CA-CFAR检测，本实施例中虚警率设为，若待检测点rmn幅度小于门限值，则待检测点为谷值，存在距离零陷，否则待检测点不是谷值，不存在距离零陷。
步骤5，更新副峰点集S去除重复元素，重复步骤2-5；
步骤6，返回疑似目标点集X和副峰点集S。
本发明所述装置能在不计算参考信号自模糊函数的情况下，仅仅根据副峰的对称性，简单准确的筛选出恒虚警检测结果中的虚假目标，大大降低了计算量；剔除了副峰引起的虚假目标，提高了系统探测性能。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (6)

1.一种基于副峰识别的外辐射源雷达虚假目标抑制方法，其特征在于：包含以下步骤：
步骤1，阵列波束指向初始方向，初始化疑似目标点集X和副峰点集S；
步骤2，计算参考信号与杂波抑制后的监测信号的互模糊函数获得该方向上的距离多普勒谱，应用恒虚警检测器获得目标点集Y，更新疑似目标点集 X ＝ {Xi|Xi ∈ X ∪ Y,i＝ 1,2, … } ；
步骤3，检测并剔除步骤2中疑似目标点集X中同一距离元上副峰引起的虚假目标；
步骤4，检测并剔除步骤2中疑似目标点集X中同一多普勒元上副峰引起的虚假目标；
步骤5，通过数字波束形成算法改变阵列指向，重复步骤2-4，直至扫描完所有监测方向，更新疑似目标点集X中剩余元素即为该时刻所有监测方向上的目标信息；
所述的步骤3，检测并剔除步骤2中疑似目标点集X中同一距离元上副峰引起的虚假目标的方法包含以下步骤：
步骤1a，将疑似目标点集X中的元素按距离排列；
步骤2a，依次将存在多个目标的距离元设为rj，j为循环次数；如果rj为空集，则跳至步骤6a；
步骤3a，更新待检测目标点集Xs＝{Xi|(Xi)r＝rj,Xi∈X}和测试点集合其中，(Xi)r和分别代表疑似目标Xi的距离和多普勒；
步骤4a，检测中的所有元素，如果在处存在多普勒峰值，则添加对应的Xm和Xn至副峰点集S；
步骤5a，更新副峰点集S去除重复元素，重复步骤2a-5a；
步骤6a，返回疑似目标点集X和副峰点集S；
所述的步骤4，检测并剔除步骤2中疑似目标点集X中同一多普勒元上副峰引起的虚假目标的方法包含以下步骤：
步骤1b，将疑似目标点集X中的元素按多普勒排列；
步骤2b，依次将存在多个目标的多普勒元设为fdj，j为循环次数；如果fdj为空集，则跳至步骤6b；
步骤3b，更新待检测目标点集和测试点集合 其中，τ为距离门限，(Xi)r和分别代表疑似目标Xi的距离和多普勒；
步骤4b，检测Tr中的所有元素，如果在rmn∈Tr处存在距离零陷，则添加对应的Xm和Xn至副峰点集S；
步骤5b，更新副峰点集S去除重复元素，重复步骤2b-5b；
步骤6b，返回疑似目标点集X和副峰点集S。
2.根据权利要求1所述的一种基于副峰识别的外辐射源雷达虚假目标抑制方法，其特性在于：多普勒峰值采用如下方法判断：提取距离多普勒谱上距离元rj的多普勒切面，采用一维CA-CFAR检测，若待检测点fdmn幅度超过检测门限，则fdmn点处为峰值，否则不是峰值。
3.根据权利要求1所述的一种基于副峰识别的外辐射源雷达虚假目标抑制方法，其特性在于：距离零陷采用如下方式判断：提取距离多普勒谱上多普勒元fdj的距离切面，采用一维CA-CFAR检测，若待检测点rmn幅度小于门限值，则待检测点为谷值，存在距离零陷，否则待检测点不是谷值，不存在距离零陷。
4.一种基于副峰识别的外辐射源雷达虚假目标抑制装置，其特征在于：包括：
初始化单元，用于将阵列波束指向初始方向，初始化疑似目标点集X和副峰点集S；
距离多普勒谱获取单元，用于计算参考信号与杂波抑制后的监测信号的互模糊函数获得该方向上的距离多普勒谱，应用恒虚警检测器获得目标点集Y，更新疑似目标点集X＝{Xi|Xi∈X∪Y,i＝1,2,…}；
第一处理单元，用于检测并剔除距离多普勒谱获取单元中疑似目标点集X中同一距离元上副峰引起的虚假目标；
第二处理单元，用于检测并剔除距离多普勒谱获取单元中疑似目标点集X中同一多普勒元上副峰引起的虚假目标；
目标信息获取单元，用于通过数字波束形成算法改变阵列指向，返回并执行距离多普勒谱获取单元，直至扫描完所有监测方向，更新疑似目标点集X中剩余元素即为该时刻所有监测方向上的目标信息；
所述第一处理单元，具体用于步骤1a，将疑似目标点集X中的元素按距离排列；
步骤2a，依次将存在多个目标的距离元设为rj，j为循环次数；如果rj为空集，则跳至步骤6a；
步骤3a，更新待检测目标点集Xs＝{Xi|(Xi)r＝rj,Xi∈X}和测试点集合其中，(Xi)r和分别代表疑似目标Xi的距离和多普勒；
步骤4a，检测中的所有元素，如果在处存在多普勒峰值，则添加对应的Xm和Xn至副峰点集S；
步骤5a，更新副峰点集S去除重复元素，重复步骤2a-5a；
步骤6a，返回疑似目标点集X和副峰点集S；
所述第二处理单元，具体用于步骤1b，将疑似目标点集X中的元素按多普勒排列；
步骤2b，依次将存在多个目标的多普勒元设为fdj，j为循环次数；如果fdj为空集，则跳至步骤6b；
步骤3b，更新待检测目标点集和测试点集合 其中，τ为距离门限，(Xi)r和分别代表疑似目标Xi的距离和多普勒；
步骤4b，检测Tr中的所有元素，如果在rmn∈Tr处存在距离零陷，则添加对应的Xm和Xn至副峰点集S；
步骤5b，更新副峰点集S去除重复元素，重复步骤2b-5b；
步骤6b，返回疑似目标点集X和副峰点集S。
5.根据权利要求4所述的一种基于副峰识别的外辐射源雷达虚假目标抑制装置，其特性在于：多普勒峰值采用如下方法判断：提取距离多普勒谱上距离元rj的多普勒切面，采用一维CA-CFAR检测，若待检测点fdmn幅度超过检测门限，则fdmn点处为峰值，否则不是峰值。
6.根据权利要求4所述的一种基于副峰识别的外辐射源雷达虚假目标抑制装置，其特性在于：距离零陷采用如下方式判断：提取距离多普勒谱上多普勒元fdj的距离切面，采用一维CA-CFAR检测，若待检测点rmn幅度小于门限值，则待检测点为谷值，存在距离零陷，否则待检测点不是谷值，不存在距离零陷。
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